[發明專利]一種強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201911058959.X
• 申請日: 2019-11-01
• 公開（公告）號: CN110625124B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 董龍龍;盧金文;霍望圖;張于勝;劉躍;李亮;黎棟棟
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F3/105;B22F1/00
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料的制備方法，該方法包括：一、將鈦基粉末與金屬粉末進行高能球磨處理得到金屬改性鈦基粉末；二、將金屬改性鈦基粉末與納米碳材料進行低能混粉處理得到納米碳?金屬改性鈦基粉末；三、將納米碳?金屬改性鈦基粉末進行放電等離子燒結得到納米碳增強鈦基復合材料。本發明利用片狀金屬粉末隔離了鈦基粉末與納米碳的接觸，避免了損害納米碳增強鈦基復合材料的塑性，同時金屬與鈦反應生成納米相顆粒析出并彌散分布在鈦基基體中，協同石墨烯耦合強化納米碳增強鈦基復合材料，提高了納米碳增強鈦基復合材料的強度和塑性，得到強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料，適用于航空、航天等領域。

技術領域

本發明屬于金屬基復合材料技術領域，具體涉及一種強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料的制備方法。

背景技術

隨著航空技術的快速發展，鈦合金由于具有較高的比強度、良好的耐蝕性，并可在較高的溫度下服役，仍然是航天制造用的主要金屬基復合材料。例如碳化硅纖維增強鈦基復合材料可以用來制造壓氣機葉片等。但是，鈦基復合材料中的增強纖維和基體金屬之間容易發生界面反應生成脆性相，縮短了該鈦基復合材料制備的構件的使用壽命。尤其是在較高溫度下長時間服役，界面反應更為突出。因此，尋求合適的纖維增強體尤為重要。

石墨烯的發現及應用，是材料屆的一次技術革新，有望在金屬基復合材料中發揮出殺手锏的作用。徹底顛覆以往金屬基復合材料的使用極限，打破目前無材可選的窘境。盡管石墨烯可以顯著提高基體材料的強度(比已有強化相效果更佳)，但是卻犧牲基體材料的部分塑性，并且在高溫下與基體材料發生界面反應(詳見文獻Materials and Design 160(2018)1196–1207，Ceramics International 44(2018)17835–17844，Journal of Alloysand Compounds 695(2017)1637-1646)。目前，主要通過石墨烯表面金屬化減緩界面反應(Scientific Reports(2017)7:17836)。盡管石墨烯表面鍍覆合適的金屬顆粒可以減緩界面反應，但是由于鍍覆工藝的局限性很難獲得均勻和厚度可控的金屬涂層。另一方面由于鍍覆金屬的不均勻性和廢液的處理不當造成嚴重的污染等問題，這種方法在工業化生產中受到嚴重限制。因此，尋找通過界面優化方法制備工業化批量生產強塑性匹配的鈦基復合材料，將大幅度推進鈦合金及其復合材料在航空、航天上的應用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料的制備方法。該方法利用片狀金屬粉末隔離了鈦基粉末與納米碳的接觸，避免了損害納米碳增強鈦基復合材料的塑性，同時金屬與鈦反應生成納米相顆粒析出并彌散分布在鈦基基體中，協同石墨烯耦合強化納米碳增強鈦基復合材料，提高了納米碳增強鈦基復合材料的強度和塑性，得到強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種強塑性匹配的納米碳增強鈦基復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、鈦基粉末的改性：將鈦基粉末與金屬粉末進行高能球磨處理，得到金屬改性鈦基粉末；所述高能球磨處理采用的轉速為200r/min～500r/min，時間為1h～5h，球料比不小于3；

步驟二、納米碳-金屬改性鈦基粉末的制備：將步驟一中得到金屬改性鈦基粉末與納米碳材料進行低能混粉處理，得到納米碳-金屬改性鈦基粉末；所述低能混粉處理采用的轉速為50r/min～150r/min，時間為3h～10h，球料比不小于1；

步驟三、納米碳增強鈦基復合材料的制備：將步驟二中得到的納米碳-金屬改性鈦基粉末進行放電等離子燒結，得到納米碳增強鈦基復合材料；所述放電等離子燒結的溫度為800℃～1300℃，保溫時間為3min～8min，燒結壓力為50MPa～200MPa。